Backside Power Delivery
Backside Power Delivery ist eine Methode, bei der die Stromleitungen eines Computerchips auf die Rückseite des Siliziumplättchens verlagert werden. Das schafft mehr Platz für Datenleitungen auf der Vorderseite und macht Chips gleichzeitig schneller und energieeffizienter.
Ein moderner Chip besteht aus Milliarden winziger Schalter, den Transistoren, die über ein dichtes Netz aus hauchdünnen Metalldrähten miteinander verbunden sind. Über dasselbe Netz fließt auch der Strom, der die Transistoren überhaupt erst betreibt. Lange Zeit lagen Datenleitungen und Stromleitungen auf derselben Seite des Chips — sie konkurrierten also um denselben knappen Platz. Backside Power Delivery löst dieses Problem, indem die Stromleitungen auf die Rückseite des Siliziumplättchens verlegt werden. Vorder- und Rückseite übernehmen damit klar getrennte Aufgaben.
Warum der Platz auf dem Chip so wertvoll ist
Die Chipindustrie folgt seit Jahrzehnten einem einfachen Prinzip: Mehr Transistoren auf gleicher Fläche bedeutet mehr Leistung. Doch je dichter die Transistoren gepackt sind, desto enger wird es auch für die Leitungen drum herum. Bisher mussten Ingenieure bei jedem neuen Chip abwägen, wie viel Platz sie für Daten- und wie viel für Stromleitungen reservieren — ein Kompromiss, der immer schwieriger wurde.
Hinzu kommt ein physikalisches Problem: Wenn die Stromleitung zu lang oder zu dünn ist, entsteht Widerstand. Widerstand erzeugt Wärme und kostet Energie. Je kürzer der Weg vom Stromnetz zum Transistor, desto weniger Verluste entstehen. Backside Power Delivery verkürzt diesen Weg deutlich, weil der Strom von unten direkt in den Transistor eingespeist werden kann, ohne erst quer durch die Datenleitungsschichten zu fädeln.
Wie die Rückseite des Chips erschlossen wird
Beim klassischen Aufbau wächst ein Chip von unten nach oben: Zuerst entstehen die Transistoren im Silizium, darüber kommen Schicht für Schicht die Metalllagen mit den Leitungen. Bei Backside Power Delivery wird das Siliziumplättchen nach der Fertigung von unten so weit abgeschliffen, bis die Unterseite der Transistoren freiliegt. Anschließend werden dort neue Metalllagen aufgebracht — ausschließlich für den Strom.
Das klingt einfach, ist aber handwerklich extrem anspruchsvoll. Das Silizium darf dabei nicht reißen, und die neuen Leitungen müssen auf den Nanometer genau an den richtigen Stellen ansetzen. Intel nennt sein Verfahren „PowerVia“ und hat es 2023 erstmals in einem Testchip demonstriert. TSMC und Samsung arbeiten an eigenen Varianten, die in der zweiten Hälfte der 2020er-Jahre in Serie gehen sollen.
Der Gewinn ist messbar: Intel berichtete bei ersten Tests von rund sechs Prozent höherer Taktfrequenz und deutlich gleichmäßigerer Stromversorgung über die gesamte Chipfläche. Letzteres ist wichtig, weil Schwankungen in der Spannung Rechenfehler verursachen können und deshalb bisher durch Sicherheitspuffer ausgeglichen werden mussten — Puffer, die nun kleiner ausfallen dürfen.
Wo Backside Power Delivery auftaucht
In Tech-Nachrichten fällt der Begriff vor allem im Zusammenhang mit der nächsten Generation von Hochleistungschips. Intels Prozessoren der „18A“-Fertigung, die ab 2025 geplant sind, sollen als erste Massenprodukte mit Backside Power Delivery erscheinen. Apple, Qualcomm und Nvidia werden als mögliche Kunden für entsprechende TSMC-Verfahren gehandelt.
Für Alltagsnutzer wird die Technik indirekt spürbar: Laptops mit solchen Chips könnten bei gleicher Akkulaufzeit schneller werden — oder bei gleicher Geschwindigkeit länger durchhalten. In Rechenzentren, wo Strom einer der größten Kostenpunkte ist, dürfte die Effizienzsteigerung besonders ins Gewicht fallen.
Backside Power Delivery ist kein einzelnes Produkt, das man kaufen kann, sondern ein Fertigungsverfahren, das in künftigen Chips unsichtbar steckt. Es ist ein Paradebeispiel dafür, wie die Chipindustrie immer ausgefeiltere Tricks entwickelt, um das physikalische Limit der Miniaturisierung hinauszuschieben — wenn auch nur um ein weiteres Stück.